Styrol-Polyesterharz mit geringer Flüchtigkeit

Bei Handauflege- und Spritzgussverfahren wird Harz typischerweise schichtweise auf eine offene Form aufgetragen. Insbesondere beim Aufsprühvorgang wird das Harz zerstäubt und versprüht, wobei sich teilweise feine Partikel bilden, die sich auf der Formoberfläche ablagern. Bevor das Harz jedoch vollständig aushärtet, verflüchtigt sich weiterhin Styrol, was zu einer erhöhten Styrolkonzentration in der Werkstattluft führt. Dies führt nicht nur zum Verlust von Styrol, sondern stellt auch eine potenzielle Gefahr für die Umwelt dar. In Werkstätten mit schlechter Belüftung kann die Styrolkonzentration in der Luft übermäßig hoch werden, was sich möglicherweise negativ auf die Gesundheit von Arbeitern auswirkt, die dieser Umgebung über einen längeren Zeitraum ausgesetzt sind. Daher haben verschiedene Länder Schwellenwerte (TLVs) für die Styrolkonzentration in der Luft festgelegt, die typischerweise auf einem 8-Stunden-Arbeitstag und einer 40-Stunden-Woche basieren. Beispielsweise haben sowohl das Vereinigte Königreich als auch die USA den TLV für Styrol auf 100 g/m³ festgelegt, während Schweden ihn auf 50 g/m³ begrenzt hat.

Um sicherzustellen, dass die Styrolkonzentration in der Werkstattluft unter dem angegebenen Grenzwert bleibt, muss die Belüftung verbessert werden. Wenn man sich jedoch ausschließlich auf die Belüftung verlässt, kann die Innentemperatur im Winter sinken und die Heizkosten steigen. Daher ist es wichtig, die Verflüchtigung von Styrol im Polyesterharz zu reduzieren.

Frühe Harze mit geringer Flüchtigkeit reduzierten die Verflüchtigung von Styrol durch Zugabe einer kleinen Menge Paraffinwachs als Verflüchtigungsinhibitor. Während des Aushärtungsprozesses bildet das Paraffin einen dünnen Film auf der Harzoberfläche, der als Luftbarriere fungiert. Allerdings könnte der Zusatz von Paraffin bei laminierten Materialien zur Delamination führen.

Um diese Situation zu verbessern, wurden nachfolgende Formulierungen entwickelt, die Paraffine mit hohem und niedrigem Schmelzpunkt mit verschiedenen Polymeren wie Poly(butylensuccinat) und Poly(butylacrylat) kombinierten. Zusätzlich wurde eine Kombination aus einem Verflüchtigungsinhibitor (wie Paraffin) und einem Haftvermittler verwendet. Als Haftvermittler kommen hydrophobe Ether oder Ester mit zwei Kohlenwasserstoffgruppen und mindestens einer Doppelbindung sowie ungesättigtes Isopren und seine Derivate wie Leinöl, Dipenten und Trimethylolpropandiallylether in Frage. Die typische Zugabemenge von Paraffin liegt zwischen 0,05 und 0,5 Masse-%, während der Haftvermittler mit 0,1 bis 2 Masse-% zugesetzt wird.

Zusätzlich zur Zugabe von Inhibitoren können folgende Methoden zur Reduzierung der Styrolverflüchtigung eingesetzt werden:

1. Reduzierung des Styrolgehalts: Durch die Reduzierung des Styrolgehalts in der Formulierung kann die Menge an Styrol, die sich während des Aushärtungsprozesses verflüchtigt, direkt reduziert werden. Dies wird normalerweise durch die Einführung anderer vernetzender Monomere oder reaktiver Verdünner erreicht, um die Harzleistung aufrechtzuerhalten.

2. Endverkappungstechniken: Die Einführung von Endverkappungsmitteln mit geringer Flüchtigkeit in das Harz kann die Verflüchtigung von Styrol reduzieren. Diese Wirkstoffe binden Styrol chemisch innerhalb der Polymerkette und verringern so dessen Freisetzung.

3. Harze mit hohem Feststoffgehalt: Durch Erhöhen des Anteils fester Bestandteile im Harz wird der Anteil flüchtiger Bestandteile verringert, wodurch die Verflüchtigung von Styrol verringert wird. Dieser Ansatz erfordert in der Regel Verbesserungen bei den Harzproduktionsprozessen, um sicherzustellen, dass Harze mit hohem Feststoffgehalt immer noch über gute Anwendungseigenschaften und Endproduktqualität verfügen.

4. Zugabe von Nanomaterialien: Die Zugabe von Nanomaterialien wie Nanosilica oder Nano-Calciumcarbonat zum Harz kann die Verflüchtigung von Styrol hemmen, indem es die Mikrostruktur des Harzes verändert. Diese Nanomaterialien können die Harzviskosität und die Vernetzungsdichte erhöhen und dadurch die Styrolmigration verringern.

5. Verbesserung der Aushärtungsprozesse: Durch die Optimierung von Aushärtungsprozessen, z. B. durch die Verwendung niedrigerer Temperaturen und kürzerer Aushärtungszeiten, kann die Verflüchtigung von Styrol während der Aushärtung verringert werden. Darüber hinaus kann durch den Einsatz styrolfreier UV-Härtungsverfahren die Verflüchtigung von Styrol wirksam minimiert werden.

Um die Verflüchtigung von Styrol weiter zu reduzieren, werden auch Prozessverbesserungen kontinuierlich vorangetrieben, wobei Handauflege- und Sprühformverfahren schrittweise auf geschlossene Formtechnologien wie das Resin Transfer Moulding (RTM) umgestellt werden.